[논문]현장시험 및 수치해석 분석을 통한 원지반 부착식 판넬옹벽의 현장 적용성 평가

권용규; 민경남; 황영철; 반호기; 이민재

doi:10.7843/kgs.2020.36.12.99

현장시험 및 수치해석 분석을 통한 원지반 부착식 판넬옹벽의 현장 적용성 평가
Evaluation of Field Application of Precast Concrete-panel Retaining Wall attached to In-Situ Ground Using Field Test and Numerical Analysis 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.36 no.12, 2020년, pp.99 - 106

권용규 (충남대학교 토목공학과) , 민경남 (세종 E&C) , 황영철 (상지대학교 스마트건설공학과) , 반호기 (강원대학교 토목공학과) , 이민재 (충남대학교 토목공학과)

초록
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우리나라는 산지가 많은 지형적인 특성으로 교통의 편리를 위해 산지를 절취하여 변형시키는 공사가 매년 증가하고 있다. 특히 산지를 절치하여 변형시킬 경우 자연재해로 인한 사면 붕괴, 환경문제 등의 문제가 발생한다. 이러한 문제를 해결하고자 판넬식 옹벽, 보강토 옹벽 등의 다양한 보강공법이 있다. 하지만 Bottom-up방식의 경우 경사굴착으로 인한 추가 토공처리가 필요하며 되메움과 다짐불량에 의한 안정성 저하 등의 문제점을 지니고 있다. 따라서 본 연구에서는 기존 Bottom-up방식의 문제점을 해결하기 위해 Top-down방식에 대해 현장 적용시험 및 수치해석을 통해 안정성 분석을 수행하였으며, 대표단면을 선정하여 Bottom-up방식과 Top-down방식에 대해 안정성 비교분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Man-made slope is inevitable to make a new road, which may result in environmental problems as well as collapse of slope. To prevent these problems, various methods such as geogrid reinforced retaining wall, precast concrete-panel retaining wall, and so on, have been introduced and developed. Among these methods, this paper presents the evaluation of field application of precast concrete-panel retaining wall attached to in-situ ground (so called top-down) compared to the conventional construction method of precast concrete-panel retaining wall (so called bottom-up) through the field test and numerical analysis. As a result, the safety factor of both methods in final stage is similar, however, top-down method guarantees the slope stability during the construction compared to bottom-up method.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1. Cross-sectional diagram for the field test
표 Table 1. Physical properties used for simulations
그림 Fig. 2. Preliminary numerical analysis for field test
그림 Fig. 3. Construction stage (Top-down)
그림 Fig. 4. Load-displacement curve (Field test vs. FEM)
표 Table 2. Physical properties used for simulations (Bottom-up vs. Top-down)
그림 Fig. 5. Deformation contour with respect to loading
그림 Fig. 6. Construction stage (Bottom-up)
그림 Fig. 7. Construction stage (Top-down)
그림 Fig. 8. Cross-sectional diagram (Bottom-up vs. Top-down)
그림 Fig. 9. Safety factor (Bottom-up vs. Top-down)
그림 Fig. 11. Total deformations (Bottom-up vs. Top-down)
그림 Fig. 10. Displacement (Bottom-up vs. Top-down)

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 기존 시공방식의 문제점인 원지반 과다절취 등의 문제를 해결하기 원지반 부착식 판넬옹벽에 대해 현장 적용시험을 수행하고 그 결과를 범용 수치해석 프로그램인 Plaxis 2D를 이용하여 안정성 분석을 수행하였다. 또한 대표단면을 선정하여 기존의 방식(Bottom-up)과 원지반 부착식 판넬옹벽 방식(Top-down)의 안전성 비교분석을 하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.

제안 방법

(1) 예비해석을 수행하여 현장시험 시 하중재하를 5, 000 kN으로 결정하여 현장시험을 수행하였다. 현장시험 결과 재하하중 5,000kN에서는 84.
기존 시공방식(Bottom-up)과 원지반 부착식 판넬옹벽 방식(Top-dwon)의 안정성 비교분석을 위해 Fig. 8과 같이 대표단면을 선정하였다. Fig.
따라서 본 연구는 기존 시공방식의 문제점인 원지반 과다절취 등의 문제를 해결하기 원지반 부착식 판넬옹벽(Top-down 방식)에 대해 현장 적용시험 및 범용 수치해석 프로그램인 Plaxis 2D를 이용하여 안정성 분석을 수행하였으며, 대표단면을 선정하여 Bottom-up방식과 Top-down방식에 대해 안전성 비교분석을 하였다.
또한 대표단면을 선정하여 기존의 방식(Bottom-up)과 원지반 부착식 판넬옹벽 방식(Top-down)의 안전성 비교분석을 하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
1과 같이 예비해석을 수행하였다. 예비해석은 하중재하에 대한 안정성을 확인하기 위한 단계로 범용 수치해석 프로그램인 Plaxis 2D를 이용하여 옹벽 파괴(안전율 1.0)에 근접한 최대 재하하중을 산정하였다. 이때 해석에 사용된 물성치는 Table 1과 같다.
3(d)와 같다. 예비해석을 통해 결정한 재하하중 5,000kN을 모사하기 위해 재하시험장치는 5,000kN까지 재하할 수 있도록 5, 000kN 용량의 유압잭을 2개를 옹벽 상부에 설치하였으며, 시공 단계별 거동특성을 파악하기 위해 판넬 및 네일에는 지중경사계, 토압계, 원지반 침하계, 하중계, 변형률계 등을 부착하였다.
원지반 부착식 판넬옹벽(Top-down방식)의 현장 적용성을 평가하기 위해 현장시험을 수행하였다. 현장시험은 지반조사와 지반 물성시험, 예비해석을 통한 재하 하중 결정, 현장시공, 계측 순으로 수행되었다.
현장시험은 지반조사와 지반 물성시험, 예비해석을 통한 재하 하중 결정, 현장시공, 계측 순으로 수행되었다. 지반조사 결과 지반 상부로부터 붕적토, 풍화토, 풍화암으로 구성되어 있으며, 지반 물성시험 결과와 참고문헌을 참고하여 Fig. 1과 같이 예비해석을 수행하였다. 예비해석은 하중재하에 대한 안정성을 확인하기 위한 단계로 범용 수치해석 프로그램인 Plaxis 2D를 이용하여 옹벽 파괴(안전율 1.
현장시험은 지반조사와 지반 물성시험, 예비해석을 통한 재하 하중 결정, 현장시공, 계측 순으로 수행되었다. 지반조사 결과 지반 상부로부터 붕적토, 풍화토, 풍화암으로 구성되어 있으며, 지반 물성시험 결과와 참고문헌을 참고하여 Fig.
이때 해석에 사용된 물성치는 Table 1과 같다. 현장시험을 수행하기 위한 예비해석결과는 Fig. 2에 나타냈으며, 그림에서 보듯이 재하하중 5,000kN에서 안전율 1.0으로 최소한의 안정성을 확보하는 것으로 평가되어 현장시험시 재하시험장치의 재하하중을 5,000kN로 결정하였다.

대상 데이터

대표단면을 구성하고 있는 지반은 상부로 부터 붕적토, 미고 결 퇴적암(풍화암), 풍화토, 풍화암으로 구성이 되어있으며, 수치해석에 사용된 지반물성은 Table 2와 같다. 옹벽의 경우 1.5x1.5m 규격의 판넬식 옹벽으로 지보재는 판넬식옹벽 시공 시 일반적으로 사용 중인 SD400, D32 규격을 적용하였다.
7m 로 시공하였다. 지보재의 경우 기존 판넬식 옹벽에서 사용되는 SD400, D29 규격의 이형철근을 사용하였으며, 비탈면 예상활동면의 범위를 고려하여 6m로 적용하였다. 현장시험 시공은 실제 시공방법과 동일한 형태로 Fig.
현장시험 시공에 적용된 옹벽은 1.5x1.5m 규격의 원지반 부착식 판넬 24장을 사용하여 폭 12m, 높이 4.7m 로 시공하였다. 지보재의 경우 기존 판넬식 옹벽에서 사용되는 SD400, D29 규격의 이형철근을 사용하였으며, 비탈면 예상활동면의 범위를 고려하여 6m로 적용하였다.

데이터처리

50mm의 변형을 보였으나 지반의 항복점은 나타나지 않았다. 현장시험 결과의 안정성분석을 위해 Plaxis 2D를 이용하여 수치해석을 수행하였으며, 해석에 사용된 물성치는 Table 1과 동일하게 사용하였다. Fig.

성능/효과

(2) 현장시험에서 발생한 전체 변위와 수치해석을 비교한 결과 매우 유사하게 나타났으며, 이는 5000kN의 하중을 적용했을 경우 사면의 안전성에 문제가 없음을 알 수 있다.
(3) Bottom-up방식과 Top-down방식의 안정성검토를 위해 수치해석을 수행한 결과 Bottom-up방식의 안전율은 1.474이며, Top-down방식의 안전율은 1.482로 비슷하게 나옴을 확인하였다. 하지만 시공 중에는 Top-down방식의 안전율이 높게 나타났으며, 이는 시공 중에 발생할 수 있는 위험적인 측면에서 Top-down 방식이 Bottom-up방식에 비해 안전성을 담보할 수 있음을 알 수 있다.
(4) Bottom-up 방식과 Top-down 방식의 변위량을 비교했을 때 Bottom-up의 경우 최종단계에서 급격한 변위증가량을 보이는 반면 Top-down 방식의 경우는 일정한 변위량에서 수렴됨을 알 수 있다. 변위량 또한 Top-down 방식이 Bottom-up에 비해 작게 나옴을 알 수 있다.
(2020)는 기존 피해 보강토 옹벽에 쏘일네일링과 보강콘크리트(RC) 전면 벽체를 보강하는 방안과 기존 피해보강토 옹벽을 제거하고 재시공하는 방안에 대해 Plaxis 2D 프로그램을 이용하여 안정성검토를 수행하였다. 그 결과 기존 피해 보강토 옹벽에 쏘일네일링과 보강콘크리트 전면 벽체를 보강하는 방안의 전체사면 안전율이 기존 피해보강토 옹벽을 제거하고 재시공하는 방안보다 안정적으로 나타났으며, 결과를 통해 기존 피해 보강토 옹벽을 보강하는 방안을 제시하였다. Min et al.
50mm의 변형을 보였으나 지반의 항복점은 나타나지 않았다. 수치해석을 통해 안정성 분석결과 지반 변형이 현장시험과 비슷한 양상을 보였으나, 재하하중 5, 000kN에서는 변위량이 84.43mm로 현장시험과 0.07mm의 차이를 보였다. 하지만 0.
현장시험 결과 재하하중 5,000kN에서는 84.50mm의 변형을 보였으나 지반의 항복점은 나타나지 않았다. 수치해석을 통해 안정성 분석결과 지반 변형이 현장시험과 비슷한 양상을 보였으나, 재하하중 5, 000kN에서는 변위량이 84.

참고문헌 (10)

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Won, M., Langcuyan, C. P., Choi, J., and Ha, Y. (2020), A Case Study on the Reinforcement of Existing Damaged Geogrid Reinforced Soil Wall Using Numerical Analyses, Korean Geosynthetics Society, Vol.19, Issue.1, pp.75-82.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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